Η Βυζαντινή πεντάτρουλλη εκκλησία των Οσίων Βαρνάβα και Ιλαρίωνος που βρίσκεται στην Περιστερώνα, είναι σίγουρο ότι κτίστηκε πάνω σε προγενέστερη εκκλησία. Αυτό αποδείχτηκε μετά από αρχαιολογικές ανασκαφές που έγιναν το 1959, όπου ήλθαν στην επιφάνεια ένα ημικυκλικό σύνθρονο εντός της αψίδος τού ιερού και δυτικότερα μια βάση λίθινου ευθύγραμμου εικονοστασίου.
Αυτά μας δίδουν το δικαίωμα να πούμε ότι ο πρώτος ναός είχε τη μορφή τρίκλιτης καμαροσκέπαστης Βασιλικής που πιθανότατα κτίστηκε κατά την περίοδο των αραβικών επιδρομών. Από τον αρχικό Ναό σώζεται ακόμη τμήμα του βορείου τοίχου, ενσωματωμένο στο δυτικό τμήμα του βορείου τοίχου του σημερινού Ναού κάτω από το νεότερο καμπαναριό.
Ο σημερινός ναός είναι κτισμένος περί το 1100 μ.Χ. και έχει τη μορφή τρίκλιτης Βασιλικής της οποίας τα κλίτη διαχωρίζονται μεταξύ τους με τοίχους οι οποίοι έχουν τοξοτά ανοίγματα, και καταλήγουν ανατολικά σε ημικυκλικές αφίσες που διατρυπώνται από παράθυρα και διακοσμούνται εξωτερικά από ημικυκλικές αχιβάδες. Ο κεντρικός τρούλος του ναού στηρίζεται σε τέσσερις ισχυρούς γαμματοσχήμους πεσσούς και αντί τμήματα καμάρας ανατολικά και δυτικά του τρούλου, που θα βλέπαμε σε μια εκκλησία του τύπου εγγεγραμμένου σταυροειδούς με τρούλο, βλέπουμε εδώ δύο ισομεγέθεις προς τον κεντρικό τρούλο τα άλλα δύο κλίτη, βόρεια και νότια της εκκλησίας καλύπτονται από μία συνεχή ήμικυλινδρικη καμάρα ή οποία διακόπτεται στο μέσο από δύο μικρούς τρουλίσκους τοποθετημένους εκατέρωθεν, αλλά στο ίδιο ύψος του κεντρικού τρούλου του μεσαίου κλίτους.Ετσι βλέποντας κανέις την Εκκλησία εξωτερικά και κυρίως πανοραμικά παιρνει την εντύπωση ότι είναι σταυρόσχημος ενώ εσωτερικά υπάρχει καθαρά η εικόνα μιας τρικλιτης βασιλικής.
Ο νάρθηκας προστέθηκε λίγο αργότερα εντός του 12ου αιώνος αλλά η πρόσοψις του ναού δέχτηκε σημαντικές αλλαγές λόγω φθοράς, το 1931.
Η εκκλησία αυτή μαζί με εκείνη της Αγίας Παρασκευής στη Γεροσκήπου είναι οι μοναδικές στο είδος τους στην Κύπρο. Έχει όμως καλύτερες αναλογίες, επιμελέστερη τοιχοδομία από αυτήν και διάρθρωση των ημικυκλικών αψίδων παρόμοια με Εκκλησίες της Σχολής της Κωνσταντινουπόλεως. Έχει σαν πρότυπο της την κατεστραμμένη εκκλησία των Αγίων Αποστόλων στην Κωνσταντινούπολη.
Το Δεκέμβριο του 2005 ολοκληρώθηκαν από το Τμήμα Αρχαιοτήτων μία σειρά εργασιών που ξεκίνησαν τον Μάρτιο του 2003 και αφορούσαν τη συντήρηση και αποκατάσταση του Ναού στη προτέρα του μορφή. Συγκεκριμένα αφαιρέθηκαν από ολόκληρη την εσωτερική τοιχοποιία όλα τα γύψινα επιστρώματα με αποτέλεσμα να εμφανιστούν και να συντηρηθούν ή να αντικαταστούν οι πωρόλιθοι και οι πέτρες. Καθαρισμό και συντήρηση από την φθορά του χρόνου, δέχτηκε επίσης και ολόκληρη η εξωτερική τοιχοποιία. Αφαιρέθηκε επίσης το δάπεδο στην θέση του οποίου τοποθετήθηκαν πλάκες από Κυπριακό γυψομάρμαρο. Τέλος συντήρηση δέχθηκαν το καμπαναριό του Ναού, του οποίου ένα μικρό τμήμα στο πάνω μέρος αντικατασταθηκε, και το ξυλόγλυπτο τέμπλο του μεσαίου κλίτους εσωτερικά στο Ναό.
Σε πολλά σημεία εσωτερικά του ναού υπάρχουν υπολείμματα τοιχογραφιών που υποδηλώνουν ότι ο ναός ήταν αγιογραφημένος ολόκληρος. Σε αρκετά καλή κατάσταση σώζεται μια τοιχογραφία της Παναγίας της Βρεφοκρατούσας στον βορειανατολικό πεσσό στο ύψος του τέμπλου του 12ου αιώνος και μία του προφήτη Δαυίδ στη δυτική πλευρά του βορειοδυτικού κεντρικού πεσσού, του 16ου αιώνος.
Τέλος αξίζει να αναφέρουμε ότι πέρα από τα ιερά κειμήλια και τις αξιόλογες φορητές εικόνες διαφόρων εποχών, φυλάσσονται στο ναό μας τα ιερά λείψανα των Αγίων Βαρνάβα και Ιλαρίωνος καθώς και η βυζαντινή φορητή τους εικόνα και λιτανεύονται αμφότερα την 21η Οκτωβρίου, στην ιερά τους πανήγυρη.